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                         快速福利叶变换C程序包
函数简介：此程序包是通用的快速傅里叶变换C语言函数，移植性强，以下部分不依
          赖硬件。此程序包采用联合体的形式表示一个复数，输入为自然顺序的复
          数（输入实数是可令复数虚部为0），输出为经过FFT变换的自然顺序的
          复数.此程序包可在初始化时调用create_sin_tab()函数创建正弦函数表，
          以后的可采用查表法计算耗时较多的sin和cos运算，加快可计算速度.与
          Ver1.1版相比较，Ver1.2版在创建正弦表时只建立了1/4个正弦波的采样值，
          相比之下节省了FFT_N/4个存储空间
使用说明：使用此函数只需更改宏定义FFT_N的值即可实现点数的改变，FFT_N的
          应该为2的N次方，不满足此条件时应在后面补0。若使用查表法计算sin值和
          cos值，应在调用FFT函数前调用create_sin_tab()函数创建正弦表
函数调用：FFT(s);
作    者：吉帅虎
时    间：2010-2-20
版    本：Ver1.2
参考文献：  
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#include <math.h>
#include "fft_fp.h"

//#define FFT_N 64                                                   //定义福利叶变换的点数
//#define PI 3.1415926535897932384626433832795028841971               //定义圆周率值
//
struct compx s[FFT_N];                                              //FFT输入和输出：从S[0]开始存放，根据大小自己定义
float SIN_TAB[FFT_N/4+1];                                             //定义正弦表的存放空间

/*******************************************************************
函数原型：struct compx EE(struct compx b1,struct compx b2)  
函数功能：对两个复数进行乘法运算
输入参数：两个以联合体定义的复数a,b
输出参数：a和b的乘积，以联合体的形式输出
*******************************************************************/
struct compx EE(struct compx a,struct compx b)      
{
 struct compx c;
 c.real=a.real*b.real-a.imag*b.imag;
 c.imag=a.real*b.imag+a.imag*b.real;
 return(c);
}

/******************************************************************
函数原型：void create_sin_tab(float *sin_t)
函数功能：创建一个正弦采样表，采样点数与福利叶变换点数相同
输入参数：*sin_t存放正弦表的数组指针
输出参数：无
******************************************************************/
void create_sin_tab(float *sin_t)                     
{
  int i;
  for(i=0;i<=FFT_N/4;i++)
  sin_t[i]=sin(2*PI*i/FFT_N);
}
/******************************************************************
函数原型：void sin_tab(float pi)
函数功能：采用查表的方法计算一个数的正弦值
输入参数：pi 所要计算正弦值弧度值，范围0--2*PI，不满足时需要转换
输出参数：输入值pi的正弦值
******************************************************************/
float sin_tab(float pi)
{
  int n;
  float a=0;
   n=(int)(pi*FFT_N/2/PI);
   
  if(n>=0&&n<=FFT_N/4)
    a=SIN_TAB[n];
  else if(n>FFT_N/4&&n<FFT_N/2)
    {
     n-=FFT_N/4;
     a=SIN_TAB[FFT_N/4-n];
    }
  else if(n>=FFT_N/2&&n<3*FFT_N/4)
    {
     n-=FFT_N/2;
     a=-SIN_TAB[n];
   }
  else if(n>=3*FFT_N/4&&n<3*FFT_N)
    {
     n=FFT_N-n;
     a=-SIN_TAB[n];
   }
  
  return a;
}
/******************************************************************
函数原型：void cos_tab(float pi)
函数功能：采用查表的方法计算一个数的余弦值
输入参数：pi 所要计算余弦值弧度值，范围0--2*PI，不满足时需要转换
输出参数：输入值pi的余弦值
******************************************************************/
float cos_tab(float pi)
{
   float a,pi2;
   pi2=pi+PI/2;
   if(pi2>2*PI)
     pi2-=2*PI;
   a=sin_tab(pi2);
   return a;
}
/*****************************************************************
函数原型：void FFT(struct compx *xin,int N)
函数功能：对输入的复数组进行快速傅里叶变换（FFT）
输入参数：*xin复数结构体组的首地址指针，struct型
输出参数：无
*****************************************************************/
void FFT(struct compx *xin)
{
  register int f,m,nv2,nm1,i,k,l,j=0;
  struct compx u,w,t;
   
   nv2=FFT_N/2;                  //变址运算，即把自然顺序变成倒位序，采用雷德算法
   nm1=FFT_N-1;  
   for(i=0;i<nm1;i++)        
   {
    if(i<j)                    //如果i<j,即进行变址
     {
      t=xin[j];           
      xin[j]=xin[i];
      xin[i]=t;
     }
    k=nv2;                    //求j的下一个倒位序
    while(k<=j)               //如果k<=j,表示j的最高位为1   
     {           
      j=j-k;                 //把最高位变成0
      k=k/2;                 //k/2，比较次高位，依次类推，逐个比较，直到某个位为0
     }
   j=j+k;                   //把0改为1
  }
                         
  {
   int le,lei,ip;                            //FFT运算核，使用蝶形运算完成FFT运算
    f=FFT_N;
   for(l=1;(f=f/2)!=1;l++)                  //计算l的值，即计算蝶形级数
           ;
  for(m=1;m<=l;m++)                         // 控制蝶形结级数
   {                                        //m表示第m级蝶形，l为蝶形级总数l=log（2）N
    le=2<<(m-1);                            //le蝶形结距离，即第m级蝶形的蝶形结相距le点
    lei=le/2;                               //同一蝶形结中参加运算的两点的距离
    u.real=1.0;                             //u为蝶形结运算系数，初始值为1
    u.imag=0.0;
    //w.real=cos(PI/lei);                  //不适用查表法计算sin值和cos值
    // w.imag=-sin(PI/lei);
    w.real=cos_tab(PI/lei);                //w为系数商，即当前系数与前一个系数的商
    w.imag=-sin_tab(PI/lei);
    for(j=0;j<=lei-1;j++)                  //控制计算不同种蝶形结，即计算系数不同的蝶形结
     {
      for(i=j;i<=FFT_N-1;i=i+le)           //控制同一蝶形结运算，即计算系数相同蝶形结
       {
        ip=i+lei;                          //i，ip分别表示参加蝶形运算的两个节点
        t=EE(xin[ip],u);                   //蝶形运算，详见公式
        xin[ip].real=xin[i].real-t.real;
        xin[ip].imag=xin[i].imag-t.imag;
        xin[i].real=xin[i].real+t.real;
        xin[i].imag=xin[i].imag+t.imag;
       }
      u=EE(u,w);                          //改变系数，进行下一个蝶形运算
     }
   }
  }
  
}

/************************************************************
函数原型：void main() 
函数功能：测试FFT变换，演示函数使用方法
输入参数：无
输出参数：无
************************************************************/

